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接触网硬点
改善接触网的质量，创造良好的弓网环境，是电力机车高速行驶的前题，接触硬点是接触网系统的一大顽症，特别是在高速度的条件下（160公里以上）怎么理解硬点并消除硬点的危害，很值得我们去分析研究。据此本人对接触线硬点的产生原因、分类、危害及处理提出一点个人的看法。
一、什么是接触硬点
电力机车在运行中，机车受电弓与接触线的接触力的变化是非常复杂的，通常我们称引起机车受电弓与接触线的接触力突然变化的地点为接触硬点，通称硬点,接触网上引起接触力突然变化的地点为接触网硬点。可以说硬点不能对受电弓、接触网造成机械伤害，如果造成伤害则称之为碰弓（比之严重的称为打弓、刮弓）点！
二、接触硬点的危害
接触硬点是造成机车受电弓离线的重要原因之一，机车受电弓离线对机车牵引电机、电器、受电弓、接触网、牵引变压器及供电系统都有危害。由于导线上硬点的存在，冲击加速度（目前检测硬点大小的参数）数值较小时造成弓网之间接触不良，冲击加速度数值较大时就会造成离线，离线产生高温的电弧，到一定程度时会对接触网、受电弓产生机械破坏。从局部讲高温的电弧严重时可能烧伤接触线或受电弓，使接触线或受电弓的接触面出现大量的点蚀，造成接触线截面积不够，恶化接触线或受电弓的电能传输，长期运行，甚至于造成断线事故；从电气原理上讲，离线时空气的电阻是非线性的，使机车电流骤变，产生冲击电流和瞬时过高压、高次谐波，影响机车牵引电机、牵引变压器及供电系统的电能质量。特别是原始硬点使机车受电弓严重离线，受电弓弹起后产生的二次、三次接触冲击硬点，因其离线幅度小，时间短，电弧对接触线或受电弓的烧伤更为明显。
三、接触硬点产生的原因分类
接触硬点的产生，按其形成原因，主要分为以下三类：
1、导线不平直产生的凸凹点：
其一：导线死弯
施工或检修时，因各种原因（如无张力放线、使用夹线工具不当、导线张力不足引起驰度过大、人员上、下导线、重物挂在导线上等等）造成的接触线弯曲变形，特别是上下弯造成离线及离线后的冲击硬点。
其二：导线坡度变化
接触网在线路与桥隧、站场与区间、联接处及锚段关节处等，如果在检调中处理不好就很容易存在导线坡度及坡度变化，在导线坡度较大或导线坡度转换点，就会造成较大冲击硬点。
2、接触网零部件、设备产生的硬点
其一集中负荷：如在分相、分段、导线接头处、电连接线夹处、补强处等，由于重量的突然增加，受电弓的接触力突变；
其二安装缺陷：接触线上的零部件安装不规范，撞击受电弓。如电联接偏斜、吊弦偏斜、接头线夹偏斜、定位器坡度过小（过大）造成线夹偏斜碰弓或定位器对导线有集中压力（坡度过大时对导线是负压力）等等；
3、非接触网原因产生的硬点
其它原因也能引起的接触力的突变点，称为接触硬点，如线路三角坑、受电弓振动、摆动等等，常见的有以下几种情况：
1）、机车受电弓产生的硬点
在机车的运行取流过程中，运行的受电弓与架空式的接触网之间进行的相互作用、相互匹配非常复杂，影响受流质量的主要参数有静态接触压力、动态接触压力、摩擦力、受电弓振动频率、接触网振动频率、机车运行速度、接触网传播速度等等。影响接触硬点的因素也很多，除机车车速、加速度以外，如受电弓的弹性系数、受电弓归算到接触导线上的质量等能影响到接触硬点。
受电弓归算到接触导线上的质量是计量硬点的关键数值，受电弓弓头（包括滑板）质量是受电弓归算到接触导线上质量的主要组成部分，从弓网接触（冲击）关系我们知道，受电弓弓头质量越小，受电弓对接触网的冲击力就越小。
无疑受电弓的弹性越好对减小硬点就会越好。
与机车有关的接触网方面的悬挂弹性系数（接触悬挂张力、接触网跨距、接触悬挂导线及承力索单位长度重量、接触悬挂结构型式等都影响到接触悬挂弹性系数）；接触网的振动频率、周期；等等。
2）、线路产生的硬点
线路也是引起的接触力的突变原因之一，例如线路的变坡点，特别是正坡直接变成负坡的变坡点，反映在弓网关系上就相当于一个导线变坡点，如果此处正好是接触导线的变坡点那就可能出现很强烈的硬点。除此以外，特别是当车速提高以后，线路道床质量对受电弓与接触网的接触力影响很大，如道床的弹性系数、振动周期、及各种病害等，对接触网运行影响很大。例如，现在经常出现的一个就是检测车测出某支柱处拉出值过大（例如550MM）、硬点超标，而接触网工区测量拉出值并不大（只有370MM）、接触网上也没有什么缺陷会产生硬点？我们经长期分析发现，这种情况的一般是发生在桥头处、隧道口处、路堑和路堤连接处、钢轨接头处的处、道床翻浆处、三角坑处等。
其原因是在这些地方线路路基弹性系数变化大、钢轨的接头不齐、线路病害等引起了机车左右摆动（也引起受电弓摆动）、上下震动，由此引起接触网与受电弓之间的位置突变造成的。
下面我们以一处具体的钢轨接头为例，研究机车以160公里速度通过它时对接触网产生的硬点：经测量知道此轨缝宽10MM，轨头被车轮压塌1MM，由此可知机车通过轨缝的时间为0.000225秒，在此时间内受电弓的弓头进行了下降、上升两个动作，如果不考虑机车弹簧的减振和受电弓的减振阻尼器,则受电弓的弓头下降的平均加速度为:
A=2*1MM/(0.00025/2秒)2
=8*19753086.4197MM/秒2= 158024696 MM/秒2
取整：158025.M/S2
同理上升时的平均加速度：
158025.M/S2（方向与下降时的相反）
车体下降的高度我只用了“轨头被车轮压塌1MM”的“1MM”来进行计算，理论上讲，数值要比这个还要大些。
初看上去这个数字惊人，这个冲击力对接触网、对机车、对车辆有很大的破坏性，其实因它作用时间很短，对机车、车辆、钢轨破坏有限，加之机车、车辆走行部弹簧的减振功能是很强大的,能有效保障机车、车辆的运行安全，受电弓上在弓架与弓头也有弹簧阻尼装置，对受电弓来说这两重的减振确实能减去很多由此而引起的冲击加速度，但从各种资料、计算上可知轨缝（特别是状态不良时）对接触网能产生很大的冲击加速度（数量级约为30G左右），如果此处的钢轨轨缝不齐,错位几个毫米 则机车在此处除了上下的冲击外，还有左右的大幅摆动，机车的幅摆动同样会造成受电弓很大的左右方向的摆动，摆动量是机车走行部的4倍左右，由此产生的冲击力也是很可观的。同理可知：道岔辙岔心处的有害空间、钢轨的局部塌陷对接触网都会产生很大的冲击力，所以在高速铁路上采用无缝钢轨、研制和采用强度和韧性更好的轨缝绝缘间隔片和可转动辙岔心的提速道岔技术是非常有必要的。
隧道口处的问题比较复杂，影响接触网参数、硬点的除了有隧道内、外的线路路基弹性变化以外，此处还是个特殊的风洞区，高速运行的列车会受到很大的瞬时风压，其方向、大小与很多因素（如列车运行速度、隧道口的地形、风向、风速、复线隧道的对面会车）有关，这个风压对机车的运行影响不大，但对受电弓、接触网来说就非同小可。这些瞬时风压经常造成接触网、受电弓的瞬时摆动，引起参数突变，硬点突出。
四、硬点的危害
硬点对接触网、受电弓的伤害有两种情况，一是机械伤害，另一个是电弧伤害。机械伤害是指对受电弓、接触导线轻微的碰伤，刮伤等（有明显痕迹的就称之为打弓点了），通常我们说硬点对弓（网）的伤害，主要是硬点引起的弓网离线，和离线瞬间产生的高温电弧，它对接触网、受电弓有很大的危害。对受电弓的伤害主要表现在对弓头的点蚀、汽化。对接触导线的伤害除了对接触导线的点蚀、汽化以外，就是对导线的高温退火，例如现在广泛应用的铜导线，不是简单的电解铜，是电解铜经过反复的压轧、拉伸，最后挤压而成的，轧制、拉伸、挤压过程是金属的内部应力发生了变化，使软铜线变成了硬铜线，提高了机械强度（主要是抗拉强度和硬度）。拉弧产生的局部高温（最核心处有几万度），一方面使接触导线、受电弓点蚀和汽化，而恶化弓网取流关系，同时点蚀、汽化也减少触导线、受电弓的强度和使用寿命；另一方面拉弧产生的高温能使接触导线内部应力变化，造成接触导线局部退火！使其机械强度大幅下降，而容易被导线张力拉断。我们经常遇到非金属性接地（如非金属杂物侵入、机车车顶绝缘子闪络或者绝缘老化时升弓等），而引起接触导线（有时是承力索）断线的事故、故障，究其原因实际是此时接地有较长时间的持续电弧（此时的电流不至于断路器跳闸）而烧断接触导线。
列车高速行驶时电弧在每处的停留时间很短，热量迅速的被风带走，接触导线升温并不太大；低速-特别是静止时，电弧因为位置相对固定，强大的高温很容易烧伤接触导线而断线（实际上是高温—导线升温－－退火—导线软化—拉断）。
为什么金属性接地不容易断线呢？供电段的同志都有这样的经验：“带电误挂地线（金属性接地）会引起断路器跳闸，一般是不会引起接触网断线的”，这是因为金属性接地时的大电流会引起断路器迅速跳闸，短时的高温不容易烧断接触导线（这就是铜比铝材质的好处之—相对耐高温），容易烧断吊弦
拉弧是很难消除的，短时的接触不良、离线都会产生电弧，实际上电弧是空气被击穿时的现象，电流通过击穿空气得以连通，当然击穿空气要损失一部分电能、损失一部分电压，但通过电弧让电流得以连通，却是电弧的功劳。
五、硬点的检测与介定
现今的检测数据是通过接触网检测车上计算机分析出来的，它的数据链是:受电弓受到物理振动-冲击传感器-光信号-光缆-电信号-计算机数据分析, 冲击传感器可接收和发送水平、上下两个方向的数据。
目前在对硬点检测、控制过程中存在两个问题。
一个是检测计量单位怎么统一？控制在什么样的数值范围？目前是铁道部、各铁路局、各供电段都有接触网检测车，但标准不统一，各车的冲击传感器的灵敏度、各车检测系统的数据处理方式、检测结果均不相同，也没有统一的计量标准，而且个别检测车只有上下方向的传感器，传感器的灵敏度也相差很大，校验、统一各接触网检测车进行是很有必要的。
硬点对受电弓的作用过程，从机械上来说是冲击力很大（约104牛顿数量级），但时间很短（约为10-5秒数量级）的一个过程，因可以近似看作一次弹性碰撞过程。
现行的用冲击加速度G来考核硬点，数值很大，特别是与重力加速度比较，显得很突出，而对受电弓质量考核不到。
我认为用冲量来计算、考核硬点较妥。冲量P=m*a*t,它比冲击加速度多了质量m和冲击时间t，这个质量m是受电弓归算到接触导线时的质量，从此处我们还可经发现现在检测车的不合理的地方，它在受电弓头部加了个冲击传感器，单冲击传感器的质量就有1KG以上，归算到导线上也有相当的质量（不同的冲击传感器质量不同），这样测量出的数值比实际运行的数值是有误差的。采用了冲量以后，加入了对受电弓归算到接触导线上的质量和冲击时间的考核。是其数值更加客观，更能反映冲击的真实状态。
另一个是对硬点的介定，然后给出一个硬点的允许值。介定要建立一套完整的弓网模拟试验系统来完成，而且在实际电流（170安~330安）环境下进行。电压可以不用那么高，用1500伏特就可以了，通过试验还可以找出最好的弓网配合。
六、硬点的处理
从理论上讲,几乎不可能从根本上消灭硬点，但可将其减小到允许范围内。
1、接触网设计：现今世界上有两类先进的结构，一是采用弹性很小的硬网型电气化铁路，如广州地铁（广州地铁的1号线软网是双120铜银合金导线+双120铜承力索结构，2~10号线全部采用无承力索、无张力的汇流排固定的硬网结构）；二是弹性更好的软网型电气化铁路，如现在流行的欧盟、日本的高速电气化铁路。
从设计选型来说，什么样的弓与什么结构的网搭档、配合是当前试验、统计、的关键和难点，我国起步晚，资料很少，多数是采用国外的技术。从接触网线索材料的角度来看，当今较先进的铜银合金线、青铜线、镁铜线的性能比硬铜线更好。至于选那种主要是受电弓的配合，在不同的受电弓、运行速度、环境下选取配合较好的导线和受电弓。毫无疑问，当导线选定以后，承力索应选用与接触导线选用相同的材质！这样承力索与接触导线在温度变化时同步伸缩，对接触网的性能、减少硬点都有很大好处。无疑铜材质导线比钢铝线耐高温性能、耐磨性能、导电性能、与受电弓容易配合等众多优点，被国内外反复证明并广泛采用，特别是在高速情况下其优势更加明显。
从设计的参数选择来说，现在流行选用较小的拉出值，例如“曲线地段拉出值从400MM减为300MM，直线地段从过去的300MM减为200MM”，本人认为这个做法的好处是降低了接触网脱弓的可能性，减少了之字力接触网锚段中部的张力损失（因为减少了之字力），但它牺牲了受电弓弓头的有效作业区，加重了受电弓的局部磨耗，减少了受电弓滑板的使用寿命，从硬点的角度说，因局部磨耗加重容易产生弓碰网的硬点。当然，从运营成本上讲是否妥当，也很值得研究。
2、施工：目前影响我国接触网质量最大的因素是施工质量，可以说是初次施工质量不达标，以后经过许多次整治也很难让设备质量有明显的提高，是特别是在我国目前运输紧张的条件下，有限的维修天窗内能进行的作业是非常有限的，而且接触网是一个整体，每整治一个问题，都要采取许多的分步过渡措施、过渡后的恢复、、、整治中还会有许多新的问题不断的出现并且及时的处理。
在我国目前的施工中主要存在三个大的问题
一是施工工期的科学性，当前的工程工期确定中长官的个人意志决定一切，造成了许多的赶进度的情况。二是监理的力度不够，现在一个监理要负责100多公里的标段，真的能做到质量100%完美无缺吗？真是令人担忧啊，现实无情的告诉我们，新线就是“经常出事故的地段”，其主要原因之一就是对监理的投资太少，监理力度不够。三是验收的认真程度太差，力度太小！几天时间要对施工几年的设备进行验收，怎么可能仔细检查、查出所有的问题，特别是隐蔽工程的问题？查出的问题也不能全部解决，往往是留给运营单位了事，运营单位在相当长的时间内是在做处理施工遗留缺陷！
总之，施工单位在工程建设、交接中是相对强势地位，这是我国铁路工程质量不高的管理重要原因。
在接触网网施工主要存在二大问题
一是下部工程施工重视不够，下部工程是接触网工程的重要的组成部分，下部工程的质量好坏决定着接触网长期运行状态，
二是对主要承力索、接触导线的线索预伸（超拉）重视不够，线索预伸是一项对高速铁路很重的一道工序，线索预伸后可以免去3~5年的线索伸长过渡期、可以大减少导线硬点，但由于费用、技术、工期等种种原因施工单位一般不进行此项作业。
3、对现有的接触网硬点的处理：一方面施工、检修中要按照检修工艺及相关标准规范零部件的安装，特别是接触导线上的零、部件的安装，尽量减小、减少集中负荷，另一方面还应使导线尽量平缓，导线坡度保持在1‰以内。有条件时将分相尽量设计或改造成八跨关节式，将线岔尽量改成无交叉线岔（关节式线岔）。
许多人认为定位器的硬点是无法避免的，实际上定位器的自重是可以通过调整定位坡度来消除的，也就是说，将定位坡度调整到让“定位拉力产生的上抬力等于1/2定位器重量”，此时，此时拉力产生的上抬力与定位器对导线的压力平衡，定位器不会对接触导线产生压力，这样定位器没有产生硬点！大于这个力则使受电弓在此得产生负硬点；小于这个力，则产生硬点，建议以后修定接触网检修规程时定位坡度的标准要考虑这个因素。
对于电连接，现在有些人把电连接的弹簧圈给取消了，以为减少了电连接的重量对减少该处的硬点有好处，其实不然，取消了电连接的弹簧圈对静态的受电弓来说此处的集中负荷是减少了，但对于高速动态的受电弓来说，在有弹簧圈时在此处的集中负荷主要是弹簧圈以下的部分，以上的部分经过弹簧圈的减振后影响很有限，而在取消了弹簧圈后此处的集中负荷成了承力索、电连接器整体全部加在了受电弓上（当然电连接是软铜线不是刚体，承力索的重量归算到导线上时不是全部重量），但取消电连接的弹簧圈无疑是加重了硬点的。
六、小结
铁路是一个大的联动系统，机务、工务设备病害、缺陷的整治也是电气化铁路提速的前题，使不同专业间的互控制度化很有必要。列车提速是个综合的系统工程，要经过工务、机务、电务、供电以及全社会的共同努力、全力配合，才能使我国铁路质量全面达到国际标准，进入世界先进行列。
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